高一学生速度概念转变的研究

裴彬

摘 要：由于初中教材把速度定义为路程与时间的比值，在学生头脑中形成了非常深刻的印象，从而直接影响着高中平均速度和瞬时速度概念的学习。根据奥苏贝尔的有意义学习理论，在高一速度教学中采用先行组织者的策略，把上位学习转变为下位学习，避开认知冲突，降低了学习难度，使初高中教学成功地有机衔接。通过前后测对比，观察到较好实验的效果，有效地实现了概念转变。

关键词：速度；概念转变；有意义学习

根据多年教学经验，发现学生从初中进入高一学习速度相关概念时，因高中用位移与时间的比值定义平均速度，不同于初中用路程与时间之比来定义，由于位移的大小不一定等于路程，因此导致学生产生诸多困惑。学生要么生硬地记住高中概念并努力忘记初中概念，要么认为初中的概念是错误的，甚至有教师也这么告诉学生。学生需要反反复复很长时间才能理清这些概念。

究其原因，是因为初中的学习在学生的头脑中形成了稳固的前概念，成为影响高中概念学习的阻碍，要让学生掌握好高中的概念，意味着要实现“概念转变”。所谓概念转变（conceptual change）指个体原有的某种知识经验由于受到与此不一致的新经验的影响而发生的重大改变。

为了了解学生的关于速度的前概念，笔者设计了两个前测题，在学习高中速度概念之前，对我校高一年级5个平行班级进行了测试：

前测1.某班同学去参加野外游戏。该班同学分成甲、乙、丙三个小组，同时从营地A出发，沿各自的路线搜寻目标，要求同时到达营地B，如图所示为其运动轨迹，则下列说法正确的是（ ）

A.甲、乙、丙三组的平均速度大小相同

B.甲组的平均速度最大

C.乙组的平均速度最大

D.丙组的平均速度最大

从统计结果看，选B的人数占68.21%，说明这些学生头脑中的速度概念是初中学习的路程与时间之比。其中选A的人数占23.49%，通过访谈了解到这部分学生已经对教材进行了预习。八年级《物理》上册第一章第三节运动的快慢中速度的定义为：把路程与时间之比叫做速度，公式为v=。学生在反复应用中便形成了牢固的观念：速度一定等于路程除以时间，如果是变速运动，则是指平均速度。在高中物理必修一第一章第四节中对于平均速度的定义是：物体的位移s与发生这段位移的时间t的比值。在学生看来，在曲线运动中位移的大小不等于路程，高中却用直线距离除以时间，似乎完全否定了初中的定义，初学时难以接受。

为了了解学生关于瞬时速度的前概念，选择了下面问题：

前测2.一位女士由于驾车超速而被警察拦住，警察对她说：“太太，您刚才的车速是60英里每小时！”这位女士反驳说：“不可能的！我才开了7分钟，还不到一个小时，怎么可能走了60英里呢？”“太太，我的意思是：如果您继续像刚才那样开车，在下一个小时里，您将驶过60英里。”“这也是不可能的，我只要再行驶10英里就到家了，根本不用开60英里的路程。”下面是四位同学对警察与女士对话内容的看法，判断下列说法的对错。

A.警察判断女士超速是指某个时刻的速度达到了60英里每小时 [ ]

B.警察判断女士超速是指女士某段时间内一直按60英里每小时的速度开车 [ ]

C.女士可能把“60英里每小时”误解为“必须实际行驶60英里，同时，时间恰好用了1小时” [ ]

D.女士可能把“60英里每小时”曲解为割裂开的“60英里路程”和“1小时时间”[ ]

从统计数据看，有61.05%学生认为B正确，由此可以推断，在学习高中速度概念之前，这部分学生头脑中还没有瞬时速度的概念，不能区分瞬时速度与平均速度。当然，初中阶段教材考虑到学生认知水平有限，没有讲授瞬时速度概念。

由于学生头脑中“速度等于路程与时间之比”这个观念很深刻，在以往教学中发现学生用这个定义来理解瞬时速度，他们认为某个时刻或某个位置，既没有时间又没有路程，哪来的速度。

笔者认为，速度相关概念的学习无论采取何种方式，学生最终必须在头脑中建立起相应的知识结构来，与其在冲突中建立概念形成知识结构，还不如先呈现结构，在避开冲突基础上建立概念。其理论依据是奥苏贝尔的有意义学习理论。

有意义学习的机制是同化。同化是指把新观念纳入已有的认知结构中去，使已有的认知结构发生变化（重组、修改、扩充、深化等），形成新的认知结构的过程。奥苏贝尔认为，同化的实质是新知识通过与已有认知结构中的起固定作用的知识与观念，建立起实质性的非人为性的联系，进而被同化到已有认知结构中来，其结果是使新知识被学生理解，获得心理意义。有意义学习的同化模式有三种：下位学习、上位学习以及并列结合学习。

奥苏贝尔的接受—同化学习理论在教学上的理论与主张主要体现在两个教学基本原则以及先行组织者的教学策略上。其中逐渐分化原则是指学生应该学习包摄性最广、概括水平最高、最一般的概念，然后逐渐学习概括水平较低、较具体的知识，对它加以分化。

而先行组织者的策略是指在实际教学活动中，教师在讲授新知识之前，先给学生提供一些包摄性较广的、概括水平较高的引导性材料（先行组织者），用学习者能理解的语言和方式来表述，以便给学习者在学习新知识时提供一个较好的固定点，将它与原有的知识结构联系起来。

依据上述理论，如果把初中所学平均速度叫做平均速率（没有方向），则高中所学平均速度与之就是并列关系，这两个概念都是描述平均快慢的，而瞬时速度和瞬时速率都是描述瞬时快慢的，这二者也是并列关系。后二者与前二者则是并列关系，从属于描述运动的快慢。

基于以上认识，笔者决定采用先行组织者的策略，对高一速度教学进行一次实验。实验所选5个班级是按中考成绩均衡派位生成的，各班中考物理均分很整齐，具有可对比性，将笔者任教的班作为实验班，其他4个不同教师分别任教的班作为对照班。笔者在实验班教学中先呈现下述知识结构。

首先告诉学生初中所学路程除以时间之比叫平均速率，主要用于描述曲线运动，再讲述平均速度、瞬时速度的概念。并且在课堂小结与下一节课的课前复习中多次重复这一结构图，目的就是为了让学生对初中与高中对平均速度的定义上不产生冲突，让新旧知识找到恰当的固着点。除了这张知识结构图外，所有班级授课内容相同，按教材顺序先讲解平均速度，再讲解瞬时速度，最后进行知识归纳，并把初中概念与高中概念进行对比，布置相同作业，以保证实验的有效性。在单元测验中，笔者设计了两道后测题，来检验实验效果。

后测1.如图，甲、乙、丙三人在圆形操场上散步，他们同时由A点出发，甲沿圆弧D，乙沿圆弧C，丙一直沿直线。一段时间后，甲乙两人第一次相遇于B点，此时丙也正好到达B点，以下说法正确的是（ ）

A.甲乙丙三人的平均速率相同

B.甲乙的平均速度大小大于丙的平均速率

C.甲的平均速度大于乙的平均速度，乙的平均速度大于丙的平均速度

D.甲的平均速率大于乙的平均速率，乙的平均速率大于丙的平均速率

后测2.下列说法中正确的是（ ）

A.瞬时速度描述的是物体在一段极短时间内的快慢

B.瞬时速度描述的是物体在一段极短位移内的快慢

C.物体在某一时刻，因为时间为零，研究物体的速度没有实际意义

D.如果时间趋近于零，平均速度就等于瞬时速度

为方便对照和数据分析，对前测与后测设置每题5分，总分10分，用SPSS软件进行实验班与对照班概念测试成绩显著性差异检验，如下表。

从表中可知，实验班与对照班概念前测成绩差异性不显著，概念后测成绩差异性非常显著，说明实验有效促进了学生的概念转变。

虽然课堂教学只是一个小小的变化，先呈现知识结构，再按知识结构进行教学，但是取得了显著的效果。分析原因，其一，通过知识结构的呈现，将初中平均速度的概念找到了归宿，既避免了先讲授高中平均速度概念马上带来的冲突，又给高中平均速度的概念提供了一个较好的固定点。其二，从知识上、下位关系来看，如果先学习高中平均速度、瞬时速度等概念，再归纳出知识结构，属于上位学习。而先呈现知识结构再学习高中概念属于下位学习。把上位学习变成下位学习，降低了难度。

参考文献：

张建伟.概念转变模型及其发展.心理学动态，1998（03）：33-37.

注：本文系广州市荔湾区教育科学“十二五”规划课题《高中物理概念转变的实践研究》，课题批准号：YB2012-7。

编辑 马燕萍